消費者行為學(xué) 第3版 課件學(xué)習(xí)項目2 數(shù)控機(jī)床典型部件結(jié)構(gòu)分析與調(diào)整

數(shù)控機(jī)床精品課件學(xué)習(xí)項目二數(shù)控機(jī)床典型部件結(jié)構(gòu)分析與調(diào)整任務(wù)一數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與調(diào)整任務(wù)二進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析與調(diào)整

任務(wù)三機(jī)床支承件結(jié)構(gòu)分析項目分解任務(wù)四自動換刀裝置結(jié)構(gòu)分析

任務(wù)一數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與調(diào)整

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容通過學(xué)習(xí)，掌握主軸變速驅(qū)動的方式、主軸組件結(jié)構(gòu)、主軸支承配置選擇和預(yù)緊調(diào)整及潤滑保養(yǎng)方法。理解數(shù)控機(jī)床對主軸系統(tǒng)的要求和主軸準(zhǔn)停功能的實現(xiàn)途徑，了解電主軸的應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r。

主要介紹數(shù)控機(jī)床對主軸系統(tǒng)的要求，變速傳動方式的實現(xiàn)，主軸組件結(jié)構(gòu)、主軸的支承與潤滑、主軸準(zhǔn)停功能的實現(xiàn)以及有關(guān)電主軸的應(yīng)用發(fā)展。

普通機(jī)床主軸的變速，通常是利用齒輪變速箱來實現(xiàn)的。一般只需要控制主軸的起動和停止、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，而不需要其他的控制。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的主軸系統(tǒng)已不能滿足數(shù)控加工的要求，如數(shù)控車床要求主軸驅(qū)動與伺服進(jìn)給同步，加工出螺紋；加工中心要求主軸具有準(zhǔn)停功能，實現(xiàn)自動換刀等。這就要求能夠?qū)χ鬏S系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的控制。數(shù)控機(jī)床對主軸系統(tǒng)具有以下要求：1．具有更大的調(diào)速范圍并實現(xiàn)無級變速一般要求主軸具備1：（100～1000）的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍和1：10的恒功率調(diào)速范圍。2．具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低3．良好的抗振性和熱穩(wěn)定性4．具有C軸控制、高精度準(zhǔn)停及恒線速切削等現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床功能一、數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的要求

數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)傳動有三種配置方式，分別是分段無級變速、帶傳動變速以及電動機(jī)直接驅(qū)動方式。圖2-1為數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)傳動的三種配置方式。二、主軸系統(tǒng)的傳動方式a)b)c)圖2-1數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)傳動的配置方式a）分段無級變速傳動b）同步帶傳動變速c）調(diào)速電動機(jī)直接驅(qū)動數(shù)控機(jī)床在實際生產(chǎn)中，并不需要在整個變速范圍內(nèi)均為恒功率。一般要求在中、高速段為恒功率傳動，在低速段為恒轉(zhuǎn)矩傳動。為了確保數(shù)控機(jī)床主軸低速時有較大的轉(zhuǎn)矩和主軸的變速范圍盡可能大，有的數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動機(jī)無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，即解決電動機(jī)驅(qū)動和主軸傳動功率的匹配問題，使之成為分段無級變速，如圖2-1a所示。在帶有齒輪變速的分段無級變速系統(tǒng)中，主軸的正、反向起動與停止、制動是由電動機(jī)實現(xiàn)的，主軸變速則由電動機(jī)無級變速與齒輪有限變速相配合來實現(xiàn)。這種配置適合于大中型機(jī)床，確保主軸低速時輸出大轉(zhuǎn)矩、高速時輸出恒功率特性的要求。二、主軸系統(tǒng)的傳動方式1．分段無級變速在帶有齒輪變速的主軸傳動系統(tǒng)中，液壓拔叉和電磁離合器是兩種常用的變速操縱方式。（1）液壓拔叉操縱方式圖2-2是一個三位的液壓拔叉的工作原理圖，它能夠帶動滑移齒輪實現(xiàn)變速。工作原理如下：①當(dāng)液壓缸1通油、液壓缸5卸荷，滑移齒輪在最左側(cè)，如圖2-2a所示，②液壓缸5通油，液壓缸1卸荷，滑移齒輪在最右側(cè)，如圖2-2b所示；③當(dāng)液壓缸1、5同時通油，套筒在最右側(cè)，活塞桿頂在套筒上，滑移齒輪在中間位置，如圖2-2c所示。這里活塞桿小頭面積最小，套筒面積最大，活塞桿大頭介于兩者之間。二、主軸系統(tǒng)的傳動方式1．分段無級變速圖2-2三位液壓拔叉工作原理圖1、5—液壓缸2—活塞桿3—撥叉4—套筒

（2）電磁離合器操縱方式電磁離合器是靠磁力吸引，增加片間摩擦力，或使兩齒嚙合，來傳遞轉(zhuǎn)矩。繞組8與鐵心9是固定不動的，聯(lián)接件2及套筒3是輸入輸出端，即通電后，2與3聯(lián)在一起運動，斷電后，2、3各自獨立運轉(zhuǎn)、互不干涉。套筒3的內(nèi)孔和外圓均有花鍵，與擋環(huán)6用螺釘11連成一體。套筒3套裝在外圓花鍵上，套裝著內(nèi)摩擦片5，內(nèi)摩擦片5的內(nèi)孔也帶有花鍵孔。聯(lián)接件2的外周邊上有六條直槽與外摩擦片4上的六個外圓周上花鍵齒相配。通電時，銜鐵10被吸引向右移，把內(nèi)外摩擦片壓在擋環(huán)上，內(nèi)外摩擦片一起轉(zhuǎn)；斷電時，外摩擦片4上的彈性爪使銜鐵10迅速恢復(fù)到原來位置，內(nèi)外摩擦片之間松開。

二、主軸系統(tǒng)的傳動方式1．分段無級變速圖2-3無集電環(huán)摩擦片式電磁離合器1—傳動齒輪2—聯(lián)接件3—套筒4—外摩擦片5—內(nèi)摩擦片6—擋環(huán)7—滾動軸承8—繞組9—鐵心10—銜鐵11—螺釘

主軸帶傳動變速主要是將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動通過帶傳動傳遞給主軸。這種傳動方式多見于數(shù)控車床和中、小型加工中心，它可避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲，這種結(jié)構(gòu)的配置形式如圖2-1b所示。數(shù)控機(jī)床主軸帶傳動變速常采用多楔帶和同步帶。多楔帶又稱復(fù)合V帶，橫向斷面呈多個楔形，楔角為40°，傳遞負(fù)載主要靠強(qiáng)力層。能夠滿足加工中心主主軸系統(tǒng)要求的轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩和不打滑的條件。多楔帶安裝時需要較大的張緊力，使得主軸和電動機(jī)承受較大的徑向負(fù)載，這是多楔帶的一大缺點。

二、主軸系統(tǒng)的傳動方式2．?dāng)?shù)控機(jī)床主軸帶傳動變速圖2-5多楔帶型號選擇圖

同步帶又稱為同步齒形帶，按齒形不同又可分為梯形齒同步帶和圓弧齒同步帶兩種。圖2-6是這兩種齒形帶的縱向斷面圖。其中梯形齒同步帶多用在轉(zhuǎn)速不高或小功率動力傳動中，而圓弧齒同步帶多用在數(shù)控加工中心等要求較高的數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)中。同步帶的最大優(yōu)點是不會打滑，且無需很大的張緊力，因此大大減輕了軸的靜態(tài)徑向拉力，傳動效率高達(dá)98％～99.5％左右。

二、主軸系統(tǒng)的傳動方式2．?dāng)?shù)控機(jī)床主軸帶傳動變速圖2-7同步齒形帶型號選擇圖數(shù)控機(jī)床一般采用直流或交流主軸伺服電動機(jī)直接驅(qū)動主軸實現(xiàn)主軸無級變速，如圖2-1c所示。二、主軸系統(tǒng)的傳動方式3．調(diào)速電動機(jī)直接驅(qū)動主軸傳動圖2-8內(nèi)置電動機(jī)主軸1—后軸承2—定子3—轉(zhuǎn)子4—前軸承5—主軸

主軸組件是機(jī)床的一個關(guān)鍵部件，由主軸、主軸支撐、裝在主軸上的傳動件和密封件組成。機(jī)床加工時，主軸帶動工件或刀具直接參與表面成形運動，所以主軸的精度、剛度和熱變形對加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率等有著重要的影響。（1）回轉(zhuǎn)精度主軸回轉(zhuǎn)運動誤差可以被分解為三種獨立運動誤差分量，即主軸的純徑向跳動誤差、角度擺動誤差和軸向竄動誤差。主軸回轉(zhuǎn)精度的測量分為三種：靜態(tài)測量、動態(tài)測量和間接測量。目前我國在生產(chǎn)中沿用傳統(tǒng)的靜態(tài)測量法。（2）剛度主軸組件的剛度是指受外力作用時，主軸組件抵抗變形的能力。主軸部件的剛度值K為：K=F/Y。主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸、支撐跨距、所選用的軸承類型及配置形式、軸承間隙的調(diào)整、主軸上傳動元件的位置等有關(guān)。（3）抗振性（4）主軸溫升數(shù)控機(jī)床在解決溫升時，一般采用恒溫主軸箱。（5）耐磨性三、主軸組件1．對主軸組件的要求圖2-9主軸剛度受力圖

（1）只作旋轉(zhuǎn)運動的主軸組件如車床、銑床和磨床等的主軸組件（2）既有旋轉(zhuǎn)運動又有軸向進(jìn)給運動的主軸組件如鉆床和鏜床等的主軸組件。其中主軸組件與軸承裝在套筒內(nèi)。（3）既有旋轉(zhuǎn)運動又有軸向調(diào)整移動的主軸組件屬于這一類的主軸組件有滾齒機(jī)、部分立式銑床等的主軸組件。（4）既有旋轉(zhuǎn)運動又有徑向進(jìn)給運動的主軸部件屬于這一類的有臥式鏜床的平旋盤主軸部件和組合機(jī)床的鏜孔車端面頭主軸部件。（5）主軸作旋轉(zhuǎn)運動又作行星運動的主軸部件新式內(nèi)圓磨床砂輪主軸部件的工作原理如圖2-10所示。三、主軸組件2．主軸組件的類型圖2-10行星運動的主軸1—主軸2—支撐套3—箱體4—套筒5—傳動帶6—蝸桿主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及其熱處理，對主軸組件的工作性能都有很大的影響。（1）主軸的主要尺寸參數(shù)主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支承跨距。評價和考慮主軸的主要尺寸參數(shù)的依據(jù)是主軸的剛度、結(jié)構(gòu)工藝性和主軸組件的工藝使用范圍。1）主軸直徑的確定。2）內(nèi)孔直徑的確定。3）懸伸長度的確定。

4）支承跨距的確定。（2）主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具。主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都已標(biāo)準(zhǔn)化，圖2-11為幾種主軸端部的結(jié)構(gòu)形式。

（3）主軸的材料及熱處理主軸材料常采用45鋼、38CrMoAlA、GCr15、9Mn2V等，須經(jīng)滲氮和感應(yīng)淬火。（4）主軸主要精度指標(biāo)三、主軸組件3．主軸三、主軸組件3．主軸圖2-11主軸端部的結(jié)構(gòu)形式a)車床主軸端部b)銑、鏜類機(jī)床主軸端部c)外圓磨床砂輪主軸端部d)內(nèi)圓磨床砂輪主軸端部e)普通鏜桿裝在鉆床主軸上的端部f)組合機(jī)床主軸端部圖2-12為JCS—018A加工中心主軸箱結(jié)構(gòu)簡圖，主要由主軸部件、刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)、切屑清除裝置和主軸準(zhǔn)停裝置四個功能部件構(gòu)成。三、主軸組件4．JCS—018A加工中心主軸組件結(jié)構(gòu)圖2-12JCS—018A加工中心主軸箱結(jié)構(gòu)圖1—主軸2—拉釘3—鋼球4—前支承5—螺母6—后支承7—拉桿8—碟形彈簧9—彈簧10—活塞11—液壓缸

圖2-13a為錐孔雙列圓柱滾子軸承該軸承只能承受徑向載荷。圖2-13b是雙列角接觸球軸承，能承受雙向軸向載荷。磨薄中間隔套，可以調(diào)整間隙或預(yù)緊，允許轉(zhuǎn)速高。該軸承一般與雙列圓柱滾子軸承配套用作主軸的前支承。圖2-13c是雙列圓錐滾子軸承，同時承受徑向和軸向載荷，通常用作主軸的前支承。圖2-13d為帶凸肩的雙列空心圓柱滾子軸承，可用作主軸前支承。承受沖擊載荷時可產(chǎn)生微小變形，有吸振和緩沖作用。圖2-13e為帶有預(yù)緊彈簧的單列圓錐滾子軸承。圖2-13f為角接觸球軸承，這種類型的軸承既可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。將內(nèi)、外圈相對軸向位移，可以調(diào)整間隙，實現(xiàn)預(yù)緊。它們多用于高速主軸。四、主軸支承（軸承）1．?dāng)?shù)控機(jī)床主軸部件常用軸承類型圖2-13主軸常用滾動軸承數(shù)控機(jī)床主軸常見的支承方式有三種，如圖2-15所示。1）前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支承采用成對向心推力球軸承（見圖2-15a）。此配置可提高主軸的綜合剛度，可滿足強(qiáng)力切削的要求，普遍用于各類數(shù)控機(jī)床主軸。2）前支承采用一對高精度角接觸球軸承和一個角接觸球軸承的組合，后支承采用角接觸球軸承，（見圖2-15b）。角接觸球軸承有良好的高速性，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min，但它的承載能力小，適于高速、輕載、高精密的數(shù)控機(jī)床主軸。3）前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后支承采用單列圓錐滾子軸承（見圖2-15c）。這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其是可承受較強(qiáng)的動載荷。用于中等精度、低速、重載的數(shù)控機(jī)床主軸。四、主軸支承（軸承）2．主軸常見支承方式圖2-15數(shù)控機(jī)床主軸常見支承方式四、主軸支承（軸承）3．主軸支承的典型結(jié)構(gòu)圖2-16為數(shù)控車床主軸支承圖，前支承采用雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載荷和60°雙列角接觸球軸承承受軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，適用于中等轉(zhuǎn)速，能承受較大的切削負(fù)載，主軸剛性高。

四、主軸支承（軸承）3．主軸支承的典型結(jié)構(gòu)圖2-17為臥式銑床主軸支承，軸的徑向剛度好，并有較高的轉(zhuǎn)速。

四、主軸支承（軸承）3．主軸支承的典型結(jié)構(gòu)圖2-18臥式鏜銑床的主軸支承1—齒輪2—主軸3—銑主軸4—雙鍵5、6—主軸套7—前軸承四、主軸支承（軸承）4．滾動軸承的間隙與預(yù)緊主軸部件使用一段時間，軸承因磨損間隙將增大，就要重新調(diào)整間隙。因此，主軸部件必須具備軸承間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。圖2-19所示為隔套調(diào)整方法。采用兩個套調(diào)整，通過兩個套的寬度差，調(diào)整軸承的間隙?；蛟谳S承外圈設(shè)隔套，裝配時用螺母壓緊內(nèi)圈獲得所需預(yù)緊力。這種調(diào)整方法不用拆卸軸承，預(yù)緊力大小則由工人經(jīng)驗確定。

圖2-19隔套調(diào)整方法圖2-20錐孔雙列圓柱滾子軸承徑向間隙的調(diào)整1—圓環(huán)墊圈2—螺釘3—螺釘五、主軸準(zhǔn)停功能1．機(jī)械準(zhǔn)停控制機(jī)床的切削轉(zhuǎn)矩是由主軸上的端面鍵來傳遞的，每次機(jī)械手自動裝取刀具時，必須保證刀柄上的鍵槽對準(zhǔn)主軸的端面鍵，這就要求主軸停轉(zhuǎn)時具有準(zhǔn)確定位的功能。為滿足主軸這一功能而設(shè)計的裝置稱為主軸準(zhǔn)停裝置。主軸準(zhǔn)停功能的實現(xiàn)，目前有兩種方式，即機(jī)械準(zhǔn)?？刂坪碗姎鉁?zhǔn)停控制。國內(nèi)外中高檔數(shù)控系統(tǒng)均采用電氣準(zhǔn)停控制。

圖2-21為典型的V形槽輪定位盤機(jī)械準(zhǔn)停原理示意圖。帶有V形槽的定位盤與主軸端面保持一定的關(guān)系，以確定定位位置。上述準(zhǔn)停功能通?？捎蓴?shù)控系統(tǒng)所配的可編程控制器完成。

圖2-21V形槽輪定位盤機(jī)械準(zhǔn)停原理示意圖五、主軸準(zhǔn)停功能2．電氣準(zhǔn)?？刂?/p>

電氣準(zhǔn)停控制又分為電磁傳感器主軸準(zhǔn)?？刂啤⒕幋a器主軸準(zhǔn)?？刂坪蛿?shù)控系統(tǒng)主軸準(zhǔn)?？刂迫N。（1）電磁傳感器主軸準(zhǔn)?？刂?/p>

（2)編碼器主軸準(zhǔn)?？刂?/p>

圖2-23編碼器主軸準(zhǔn)?？刂蒲b置圖2-22電磁傳感器主軸準(zhǔn)?？刂蒲b置五、主軸準(zhǔn)停功能2．電氣準(zhǔn)?？刂?/p>

（3）數(shù)控系統(tǒng)主軸準(zhǔn)?？刂七@種準(zhǔn)?？刂品绞绞怯蓴?shù)控系統(tǒng)完成的，采用這種控制方式時需注意以下問題：1）數(shù)控系統(tǒng)須具有主軸閉環(huán)控制功能。。2）當(dāng)采用電動機(jī)軸端編碼器信號反饋給數(shù)控裝置時，主軸傳動鏈精度可能對主軸精度產(chǎn)生影響。數(shù)控系統(tǒng)控制主軸準(zhǔn)停的原理與進(jìn)給位置控制的原理非常相似，如圖2-24所示。圖2-24數(shù)控系統(tǒng)主軸準(zhǔn)?？刂圃韴D

六、主軸部件的潤滑與密封1．主軸的密封在密封件中，被密封的介質(zhì)往往是以穿漏、滲透或擴(kuò)散的形式，越界泄漏到密封連接處的彼側(cè)。造成泄漏的基本原因是流體從密封面上的間隙中溢出，或是由于密封部件內(nèi)外兩側(cè)密封介質(zhì)的壓力差或濃度差，致使流體向壓力低或濃度低的一側(cè)流動。圖2-25為臥式加工中心主軸前支承的密封結(jié)構(gòu)，采用的是雙層小間隙密封裝置。

要使間隙密封結(jié)構(gòu)能在一定的壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封防漏性能，必須保證法蘭盤4、5與主軸及軸承端面的配合間隙。

這種主軸前端密封結(jié)構(gòu)也適合于臥式車床的主軸前端密封。在油脂潤滑狀態(tài)下使用該密封結(jié)構(gòu)時，取消了法蘭盤泄油孔及回油斜孔，并且有關(guān)配合間隙適當(dāng)放大，經(jīng)正確加工及裝配后同樣可達(dá)到較為理想的密封效果。

圖2-25臥式加工中心主軸前支承的密封結(jié)構(gòu)1—套筒2—軸承3—套筒4、5—法蘭盤6—主軸7—泄露孔8—回油斜孔9—泄油孔六、主軸部件的潤滑與密封2．主軸的潤滑為了保證主軸有良好的潤滑，減少摩擦發(fā)熱，同時又能把主軸組件的熱量帶走，通常采用循環(huán)式潤滑系統(tǒng)，用液壓泵強(qiáng)力供油潤滑，使用油溫控制器控制油箱油液溫度。高檔數(shù)控機(jī)床主軸軸承采用了高級油脂封存方式潤滑，每加一次油脂可使用7～10年，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本且維護(hù)保養(yǎng)簡單，但須防止?jié)櫥秃陀椭旌?，通常采用迷宮式密封方式。為了適應(yīng)主軸高速化發(fā)展的需要，新的潤滑冷卻方式不斷涌現(xiàn)。（1）油氣潤滑方式這種潤滑方式近似于油霧潤滑方式，但油霧方式是連續(xù)供給油霧，而油氣潤滑則是定時定量地把油霧送進(jìn)軸承空隙中，這樣既實現(xiàn)了油霧潤滑又避免了油霧太多而污染周圍空氣。（2）噴注潤滑方式噴注潤滑方式是用較大流量的恒溫油（每個軸承3～4L/min）噴注到主軸軸承，以達(dá)到潤滑、冷卻的目的。這里較大流量噴注的油必須靠排油泵強(qiáng)制排油，而不是自然回流。同時，還要采用專用的大容量高精度恒溫油箱，油溫變動控制在±0.5℃。

七、高速主軸與電主軸要發(fā)展和應(yīng)用高速加工技術(shù)，首先必須有性能優(yōu)良的高速數(shù)控機(jī)床，而高速數(shù)控機(jī)床的工作性能，首先取決于高速主軸。隨著電氣傳動技術(shù)（變頻調(diào)速技術(shù)、電動機(jī)矢量控制技術(shù)等）的迅速發(fā)展和日趨完善，高速數(shù)控機(jī)床主傳動的機(jī)械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡化，取消了帶傳動和齒輪傳動，機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動機(jī)直接驅(qū)動，從而把機(jī)床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機(jī)床主運動的“零傳動”。這種主軸電動機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動結(jié)構(gòu)形式，使主軸組件從機(jī)床的傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對獨立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”。由于當(dāng)前電主軸主要采用的是交流高頻電動機(jī)，故也稱為“高頻主軸”。電主軸是一種智能型功能部件，不但轉(zhuǎn)速高、功率大，還有一系列控制主軸溫升與振動等機(jī)床運行參數(shù)的功能，以確保其高速運轉(zhuǎn)的可靠性與安全。電主軸結(jié)構(gòu)示意和系統(tǒng)的基本配置如圖2-26所示。圖2-26電主軸結(jié)構(gòu)示意和系統(tǒng)基本配置七、高速主軸與電主軸圖2-28高速電主軸的典型結(jié)構(gòu)圖2-27用于普通加工中心、銑床、鉆床作增速的電主軸任務(wù)二進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析與調(diào)整

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容掌握齒輪變速傳動裝置間隙的調(diào)整方法，滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)、調(diào)整、支撐和應(yīng)用特點，貼塑導(dǎo)軌和直線滾動導(dǎo)軌的應(yīng)用特點，回轉(zhuǎn)工作臺和鼠牙盤式分度工作臺的結(jié)構(gòu)和工作原理。理解數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)的要求，了解聯(lián)軸器的選用知識，液壓導(dǎo)軌工作原理，定位銷式分度工作臺結(jié)構(gòu)原理。

主要介紹數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)的要求，齒輪變速傳動裝置間隙的調(diào)整，聯(lián)軸器的選用，滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)、調(diào)整、支撐和應(yīng)用特點，導(dǎo)軌種類與應(yīng)用，回轉(zhuǎn)工作臺與分度工作臺的結(jié)構(gòu)和工作原理等。

一、對數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)的要求數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)是將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為工作臺或刀架的運動，包括齒輪傳動副、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副、軸及其支承部件等。為了保證數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和動態(tài)性能，對其機(jī)械傳動裝置提出了高傳動剛度、高諧振、低摩擦、低慣量、無反向間隙等方面的要求。1．高傳動剛度進(jìn)給傳動系統(tǒng)的高傳動剛度主要取決于絲杠螺母副（直線運動）或蝸輪蝸桿副（回轉(zhuǎn)運動）及其支承部件的剛度。2．高諧振應(yīng)使機(jī)械構(gòu)件具有高的固有頻率和合適的阻尼。3．低摩擦目前在進(jìn)給傳動系統(tǒng)中普遍采用滾珠絲杠螺母副。4．低慣量在滿足強(qiáng)度與剛度的前提下，應(yīng)盡可能減小運動部件的重量以及各種傳動元件的尺寸，以提高傳動部件對指令的快速響應(yīng)能力。5．無反向間隙對傳動鏈的各個環(huán)節(jié)，包括齒輪副、絲杠螺母副、聯(lián)軸器及其支承部件等均采用消除間隙的結(jié)構(gòu)措施。二、變速傳動裝置1．圓柱齒輪傳動間隙的消除數(shù)控機(jī)床的機(jī)械進(jìn)給裝置中常采用齒輪傳動副來達(dá)到一定的降速比和轉(zhuǎn)矩的要求。齒輪傳動副常采用各種消除側(cè)隙的措施，以減小齒輪側(cè)隙。（1）偏心軸套調(diào)整法如圖2-30所示（2）錐度齒輪調(diào)整法圖2-31以上兩種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單，能傳遞較大轉(zhuǎn)矩，傳動剛度好，但齒側(cè)間隙調(diào)整好后不能自動補(bǔ)償，屬于剛性調(diào)整法。圖2-30偏心套調(diào)整結(jié)構(gòu)圖2-31錐齒輪調(diào)整結(jié)構(gòu)1—齒輪2—偏心套3—齒輪1、2—齒輪3—墊片二、變速傳動裝置1．圓柱齒輪傳動間隙的消除（3）雙片齒輪錯齒調(diào)整法圖2-32a是雙片齒輪周向可調(diào)彈簧錯齒消隙結(jié)構(gòu)。圖2-32b是另一種雙片齒輪周向彈簧錯齒消隙結(jié)構(gòu).雙片齒輪錯齒法調(diào)整間隙，在齒輪傳動時，無論正向和反向旋轉(zhuǎn)分別只有一片齒輪承受轉(zhuǎn)矩，因此承載能力受到限制，并且彈簧的拉力要足以能克服最大轉(zhuǎn)矩，否則起不到消隙作用。這種結(jié)構(gòu)裝配后齒側(cè)間隙能自動消除，始終保持無間隙嚙合，故稱為柔性調(diào)整法，適合于載荷不大的傳動裝置。

圖2-32雙片齒輪彈簧錯齒消隙結(jié)構(gòu)a）可調(diào)彈簧式b）周向彈簧式1、2—薄齒輪3、8—凸耳或短柱4—彈簧5、6—螺母7—螺釘二、變速傳動裝置2．斜齒輪傳動間隙的消除斜齒輪傳動消除側(cè)隙的方法與直齒圓柱齒輪傳動中雙片薄齒輪消除間隙的思路相似，也是用兩個薄片齒輪和一個寬齒輪嚙合，只是通過不同的方法使兩個薄片齒輪沿軸向移動合適的距離后，相當(dāng)于兩薄片斜齒圓柱齒輪的螺旋線錯開了一定的角度。兩個齒輪與寬齒輪嚙合時分別負(fù)責(zé)不同的方向（正向和反向），起到消除側(cè)隙的作用。（1）軸向墊片調(diào)整法圖2-33為斜齒輪墊片錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖。墊片厚度的增減量⊿t與齒側(cè)間隙△和螺旋角β之間的關(guān)系式為：⊿t＝△cosβ墊片的厚度一般由測試法確定，往往要經(jīng)過幾次修磨。這種結(jié)構(gòu)的齒輪承載能力較小，且不能自動補(bǔ)償間隙，屬剛性消除間隙的范疇。圖2-33斜齒輪軸向墊片調(diào)整結(jié)構(gòu)1、2—薄片斜齒輪3—墊片4—寬齒輪二、變速傳動裝置2．斜齒輪傳動間隙的消除（2）軸向壓簧調(diào)整法圖2-34是斜齒輪軸向壓簧錯齒消隙結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)消隙原理與軸向墊片調(diào)整法相似，所不同的是利用齒輪2右面的彈簧壓力使兩個薄片齒輪產(chǎn)生相對軸向位移，從而它們的左、右齒面分別與寬齒輪的左右齒面貼緊，以消除齒側(cè)間隙。圖2-34a采用的是壓簧，圖2-34b采用的是碟形彈簧。

圖2-34斜齒輪軸向壓簧消隙結(jié)構(gòu)a）軸向壓簧法b）碟形彈簧法1、2—薄片斜齒輪3—彈簧4—寬齒輪5—螺母二、變速傳動裝置3．錐齒輪傳動消隙（1）周向壓簧調(diào)整如圖2-35所示，將大錐齒輪加工成1和2兩部分，齒輪的外圈1開有三個圓弧槽8，內(nèi)圈2的端面帶有三個凸爪4，套裝在圓弧槽內(nèi)。彈簧6的兩端分別頂在凸爪4和鑲塊7上，使內(nèi)外齒圈1、2的錐齒錯位與小錐齒輪嚙合達(dá)到消除間隙的作用。螺釘5將內(nèi)外齒圈相對固定是為了安裝方便，安裝完畢后即可卸去。圖2-35錐齒輪周向壓簧調(diào)整結(jié)構(gòu)1—錐齒輪的外圈2—錐齒輪的內(nèi)圈3—小錐齒輪4—凸爪5—螺釘6—彈簧7—鑲塊二、變速傳動裝置3．錐齒輪傳動消隙

（2）軸向壓簧調(diào)整如圖2-36所示，錐齒輪1、2相嚙合。在錐齒輪1的軸5上裝有壓簧3，用螺母4調(diào)整壓簧3的彈力。錐齒輪1在彈力作用下沿軸向移動，可消除錐齒輪1和2的間隙。

圖2-36錐齒輪軸向壓簧調(diào)整結(jié)構(gòu)1、2—錐齒輪3—壓簧4—螺母5—軸二、變速傳動裝置4．齒輪齒條傳動消隙大型數(shù)控機(jī)床（如大型數(shù)控龍門銑床）工作臺行程長，其進(jìn)給運動不宜采用滾珠絲杠螺母副傳動，一般用齒輪齒條傳動。當(dāng)載荷小時，可用雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法，分別與齒條齒槽左、右側(cè)貼緊，從而消除齒側(cè)間隙。當(dāng)載荷大時，采用徑向加載法消除間隙。如圖2-37所示，兩個小齒輪1和6分別與齒條7嚙合，并用加載裝置4在齒輪3上預(yù)加負(fù)載，于是齒輪3使嚙合的大齒輪2和5向外伸開，與其同軸上的齒輪1、6也同時向外伸開，與齒條7上齒槽的左右兩側(cè)相應(yīng)貼緊而無間隙。齒輪3由液壓馬達(dá)直接驅(qū)動。

圖2-37齒輪齒條傳動的消隙結(jié)構(gòu)1、2、3、5、6—齒輪4—加載裝置7—齒條三、滾珠絲杠螺母副1．工作原理和特點滾珠絲杠螺母副由于在絲杠和螺母之間放入了滾珠，使絲杠與螺母間變?yōu)闈L動摩擦，因而大大地減小了摩擦阻力，提高了傳動效率。圖2-38為滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)示意圖。滾珠絲杠螺母副具有以下優(yōu)點：1）傳動效率高，摩擦損失小。2）運動平穩(wěn)無爬行。3）傳動精度高，反向時無空程。4）磨損小，精度保持性好，使用壽命長。5）具有運動的可逆性。滾珠絲杠螺母副的缺點是：1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。2）不能自鎖，特別是垂直安裝的滾珠絲杠螺母副傳動，會因部件的自重而自動下降。必須增加制動裝置。圖2-38滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)示意圖1—絲杠2—滾道3—螺母4—滾珠三、滾珠絲杠螺母副2．結(jié)構(gòu)類型（1）外循環(huán)滾珠從循環(huán)過程末端通過螺母外表面上的螺旋槽或插管返回螺母循環(huán)首端重新進(jìn)入循環(huán)。圖2-39為常見的外循環(huán)滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)圖。在螺母外圓上裝有螺旋形的插管口，其兩端插入滾珠螺母工作始末兩端孔中，以引導(dǎo)滾珠通過插管，形成滾珠的多圈循環(huán)鏈。這種形式結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，承載能力較高，但徑向尺寸較大。目前應(yīng)用最為廣泛，也可用于重載傳動系統(tǒng)。圖2-39外循環(huán)滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)三、滾珠絲杠螺母副2．結(jié)構(gòu)類型（2）內(nèi)循環(huán)靠螺母上安裝的反向器接通相鄰滾道，使?jié)L珠成單圈循環(huán)，如圖2-40所示。反向器2的數(shù)目與滾珠圈數(shù)相等。這種形式結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，滾珠流通性好，摩擦損失小，但制造較困難，適用于高靈敏、高精度的進(jìn)給系統(tǒng)，不宜用于重載傳動。圖2-40內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)1—絲杠2—反向器3—滾珠4—螺母三、滾珠絲杠螺母副3．滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個螺母的相對軸向位移，使每個螺母中的滾珠分別接觸絲杠滾道的左右兩側(cè)。常用的預(yù)緊方式有以下三種：（1）雙螺母墊片式消隙如圖2-41所示，此種形式結(jié)構(gòu)簡單可靠、剛度好，應(yīng)用最為廣泛，在雙螺母間加墊片的形式可由專業(yè)生產(chǎn)廠根據(jù)用戶要求事先調(diào)整好預(yù)緊力，使用時裝卸非常方便。圖2-41雙螺母墊片調(diào)整法三、滾珠絲杠螺母副3．滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整（2）雙螺母螺紋式消隙如圖2-42所示，利用一個螺母上的外螺紋，通過圓螺母調(diào)整兩個螺母的相對軸向位置實現(xiàn)預(yù)緊，調(diào)整好后用鎖緊螺母鎖緊，這種結(jié)構(gòu)調(diào)整方便，且可在使用過程中隨時調(diào)整，但預(yù)緊力大小不能準(zhǔn)確控制。圖2-42雙螺母螺紋式消隙結(jié)構(gòu)1—圓螺母2—鎖緊螺母三、滾珠絲杠螺母副3．滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整（3）齒差式消隙如圖2-43所示，在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與緊固在套筒兩端的內(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為Z1、Z2，并相差一個齒。調(diào)整時，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個螺母相對于套筒同方向都轉(zhuǎn)動一個齒，然后再插入內(nèi)齒圈，則兩個螺母便產(chǎn)生相對角位移這種方法能精確地調(diào)整預(yù)緊量，調(diào)整方便、可靠，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，多用于高精度的傳動。圖2-43齒差式消隙三、滾珠絲杠螺母副3．滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整（4）單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊如圖2-44所示，將螺母的內(nèi)螺紋滾道在中部的一圈上產(chǎn)生一個⊿L0導(dǎo)程突變量，從而使左右端的滾珠在裝配后產(chǎn)生軸向錯位實現(xiàn)預(yù)緊。預(yù)緊力的大小取決于⊿L0。此種結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運動平穩(wěn)，特別適用于小型絲杠螺母副。圖2-44單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊消隙

三、滾珠絲杠螺母副4．滾珠絲杠螺母副的支承方式（1）一端裝推力軸承（固定-自由式）如圖2-45a所示，這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲杠。（2）一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承（固定-支承式）圖b所示，滾珠絲杠較長時，一端裝推力軸承固定，另一端由深溝珠軸承支承。（3）兩端裝推力軸承（單推-單推式或雙推-單推式）如圖2-45c所示，這種方式是對絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸安裝。（4）兩端裝雙重推力軸承及深溝球軸承（固定-固定式）如圖2-45d所示，為提高剛度，絲杠兩端采用雙重支承.圖2-45滾珠絲杠螺母副的支承方式三、滾珠絲杠螺母副5．滾珠絲杠螺母副的制動裝置圖2-46為數(shù)控臥式鏜銑床主軸Z向進(jìn)給絲杠的制動裝置示意圖。機(jī)床工作時電磁鐵線圈通電，吸住壓簧，使摩擦離合器打開。電動機(jī)經(jīng)減速齒輪傳動，帶動滾珠絲杠螺母副使主軸箱沿Z向（垂直）移動。當(dāng)電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動時，電磁鐵線圈同時斷電，在彈簧作用下摩擦離合器壓緊，使得滾珠絲杠不能自由轉(zhuǎn)動，主軸箱就不會因自重而下降。圖2-46滾珠絲杠螺母副的制動裝置三、滾珠絲杠螺母副6．滾珠絲杠螺母副的密封與潤滑滾珠絲杠螺母副可用防塵密封圈和防護(hù)套密封，防止灰塵及雜質(zhì)進(jìn)入滾珠絲杠螺母副。密封圈有接觸式和非接觸式兩種，裝在滾珠螺母的兩端。非接觸式密封圈通常由聚氯乙烯等塑料制成，其內(nèi)孔螺紋表面與絲杠螺紋之間略有間隙，又稱迷宮式密封圈。接觸式密封圈用具有彈性的耐油橡膠和尼龍等材料制成，雖然會產(chǎn)生接觸壓力和一定的摩擦力矩，但防塵效果較好。防護(hù)套可防止塵土及雜質(zhì)進(jìn)入滾珠絲杠，影響傳動精度。防護(hù)罩的形式有折疊式密封套、伸縮管套和伸縮擋板等，材料有耐油塑料、人造革等。潤滑使用潤滑劑，以提高耐磨性及傳動效率，從而保持傳動精度，延長使用壽命。常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩類。潤滑脂一般在安裝過程中放進(jìn)滾珠螺母的滾道內(nèi)，為定期潤滑。使用潤滑油時應(yīng)注意要經(jīng)常通過注油孔注油。四、進(jìn)給裝置常用聯(lián)軸器1．錐環(huán)無鍵聯(lián)軸器該機(jī)構(gòu)利用錐環(huán)之間的摩擦實現(xiàn)軸與轂之間的無間隙連接傳遞轉(zhuǎn)矩，且可任意調(diào)節(jié)兩連接件之間的角度位置。圖2-47為采用錐環(huán)（錐形夾緊環(huán)）無鍵消隙聯(lián)軸器.為了能補(bǔ)償同軸度及垂直度誤差引起的干涉現(xiàn)象，可采用圖2-48所示的撓性聯(lián)軸器.無鍵錐環(huán)聯(lián)軸器定心性好，承載能力強(qiáng)，傳遞功率大，轉(zhuǎn)速高，使用壽命長，具有過載保護(hù)能力，能在受振動和沖擊載荷等惡劣條件下連續(xù)工作，安裝、使用和維護(hù)方便。

圖2-48撓性聯(lián)軸器1—壓圈2—聯(lián)軸套3—墊圈4—柔性片5—撓性件6—彈性件圖2-47錐環(huán)無鍵消隙聯(lián)軸器1—軸套2—彈簧環(huán)3—壓圈4—從動軸5—螺釘四、進(jìn)給裝置常用聯(lián)軸器2．套筒式聯(lián)軸器圖2-49為套筒式聯(lián)軸器的幾種結(jié)構(gòu)型式。其結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小，但拆裝困難（要求兩中心軸線嚴(yán)格對準(zhǔn)，不允許存在徑向及角度偏差），使用受到一定限制。其中圖2-49a結(jié)構(gòu)雖簡單實用，但不太可靠。圖2-49b結(jié)構(gòu)簡單，加工和安裝容易，但消除周向間隙不可靠，且易松動。圖2-49c是用十字滑塊聯(lián)軸器相連，滑塊的槽口配研，這種結(jié)構(gòu)無法保證完全消除傳動間隙。a）b）c）圖2-49套筒式聯(lián)軸器五、導(dǎo)軌1．對導(dǎo)軌的基本要求機(jī)床的運動部件（如刀架、工作臺等）都是沿著床身、立柱、橫梁等基礎(chǔ)件上的導(dǎo)軌運動的，因此導(dǎo)軌的功用就是支承和導(dǎo)向。導(dǎo)軌性能的好壞，直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力和使用性能，因此，導(dǎo)軌應(yīng)滿足以下基本要求：（1）導(dǎo)向精度影響導(dǎo)向精度的主要因素有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、導(dǎo)軌的制造精度和裝配質(zhì)量以及導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的剛度等。（2）精度保持性除了力求減少磨損量外，還應(yīng)使導(dǎo)軌面在磨損后能自動補(bǔ)償和便于調(diào)整。（3）低速運動平穩(wěn)性要求導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)要小，以減小阻力，特別是動、靜摩擦因數(shù)應(yīng)盡量接近，并有良好的阻尼特性。（4）結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，便于加工、裝配、調(diào)試和維修。五、導(dǎo)軌2．?dāng)?shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌及特點數(shù)控機(jī)床上常用的導(dǎo)軌，按其接觸面間的摩擦性質(zhì)的不同，可分為滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和液壓導(dǎo)軌三大類。（1）滑動導(dǎo)軌滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、剛度好、抗振性強(qiáng)等優(yōu)點，因此在一般的機(jī)床上應(yīng)用最為廣泛?；瑒訉?dǎo)軌剛度的大小、制造是否簡單、調(diào)整是否方便、摩擦損耗是否最小以及能否保持導(dǎo)軌的初始精度等在很大程度上取決于導(dǎo)軌的橫截面的形狀。常見的導(dǎo)軌橫截面形狀如圖2-50所示。直線運動導(dǎo)軌一般由兩條導(dǎo)軌組成，不同的組合形式是為滿足各類機(jī)床的工作要求。在數(shù)控機(jī)床上，滑動導(dǎo)軌組合形式主要有三角形—矩形式和矩形—矩形式。只有少部分結(jié)構(gòu)采用燕尾式。

圖2-50滑動導(dǎo)軌的截面形狀五、導(dǎo)軌2．?dāng)?shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌及特點滑動導(dǎo)軌的材料主要是鑄鐵、鋼、塑料以及有色金屬，應(yīng)根據(jù)機(jī)床性能、成本的要求，合理選擇導(dǎo)軌材料及熱處理來降低摩擦因數(shù)，提高導(dǎo)軌耐磨性。以鑄鐵-塑料或鑲鋼-塑料為滑動導(dǎo)軌。目前，應(yīng)用較多的塑料導(dǎo)軌材料有聚四氟乙烯（PTFE）和環(huán)氧型耐磨涂料。1）聚四氟乙烯（PTFE）導(dǎo)軌軟帶是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)而成。該種軟帶可在原有滑動導(dǎo)軌面上用粘接劑粘結(jié)，加壓固化后進(jìn)行精加工，故一般稱之為貼塑導(dǎo)軌。塑料導(dǎo)軌軟帶與其他導(dǎo)軌相比，有以下特點：①摩擦因數(shù)低而穩(wěn)定，比鑄鐵導(dǎo)軌副低一個數(shù)量級。②動、靜摩擦因數(shù)相近，運動平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導(dǎo)軌副好。③吸收振動，具有良好的阻尼特性。優(yōu)于接觸剛度較低的滾動導(dǎo)軌和易漂浮的靜壓導(dǎo)軌。④耐磨性好，有自身潤滑作用，無潤滑劑也能工作。灰塵磨粒的嵌入性好。⑤化學(xué)穩(wěn)定性好，耐低溫，耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑及各種有機(jī)溶劑。⑥維護(hù)修理方便，軟帶耐磨，損壞后更換容易。⑦經(jīng)濟(jì)性好，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，約為滾動導(dǎo)軌成本的1/20。五、導(dǎo)軌2．?dāng)?shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌及特點塑料導(dǎo)軌副多為塑料—金屬結(jié)構(gòu)。塑料軟帶一般粘貼在短的動導(dǎo)軌上，不受導(dǎo)軌形式的限制，各種組合形式的滑動導(dǎo)軌均可粘貼。圖2-51所示為幾種鑲粘塑料—金屬導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。粘貼工藝如下：

①金屬導(dǎo)軌面加工。②軟帶切割成形及清洗。③粘接及加工。貼塑導(dǎo)軌不僅適用于數(shù)控機(jī)床，而且還適用于其他各種類型機(jī)床導(dǎo)軌。采用聚四氟乙烯軟帶的貼塑導(dǎo)軌的缺點是承載能力低、尺寸穩(wěn)定性較差。圖2-51鑲粘塑料—金屬導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)五、導(dǎo)軌2．?dāng)?shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌及特點

2）環(huán)氧型耐磨涂料是以環(huán)氧樹脂為基體，加入二硫化鉬和膠石墨以及鐵粉等混合而成，再配以固化劑調(diào)勻涂刮或注入導(dǎo)軌面，故一般稱之為“涂塑導(dǎo)軌”或“注塑導(dǎo)軌”。涂塑導(dǎo)軌具有良好的摩擦特性和耐磨性，它與鑄鐵導(dǎo)軌副的摩擦因數(shù)較低，f=0.1～0.12，在無潤滑油的情況下仍有較好的潤滑和防止爬行的效果。其抗壓強(qiáng)度比導(dǎo)軌軟帶要高，尺寸穩(wěn)定，因而可使用在大型、重型數(shù)控機(jī)床上。圖2-52注塑導(dǎo)軌1—滑座2—膠條3—注塑層五、導(dǎo)軌2．?dāng)?shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌及特點（2）直線滾動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌就是在導(dǎo)軌工作面之間安裝滾動體，使導(dǎo)軌面之間為滾動摩擦。滾動導(dǎo)軌的滾動體可以是滾珠、滾柱或滾針。滾珠導(dǎo)軌適用于運動部件質(zhì)量不大、切削力和顛覆力矩都較小的機(jī)床。滾柱導(dǎo)軌適用于載荷較大的機(jī)床。滾針導(dǎo)軌適用于導(dǎo)軌尺寸受到限制的機(jī)床。滾動導(dǎo)軌分為開式和閉式兩種。開式用于加工過程中載荷變化較小，顛覆力矩較小的場合。當(dāng)顛覆力矩較大、載荷變化較大時可用閉式導(dǎo)軌。近代數(shù)控機(jī)床普遍采用了新型的滾動導(dǎo)軌支承塊（簡稱滾動導(dǎo)軌塊），圖2-53是在數(shù)控車床上的應(yīng)用實例。目前，滾動導(dǎo)軌塊已做成獨立的標(biāo)準(zhǔn)部件，具有剛度高、承載能力大以及便于拆裝等優(yōu)點，可直接裝在任意行程長度的運動部件上，其結(jié)構(gòu)形式如圖2-54所示。五、導(dǎo)軌2．?dāng)?shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌及特點圖2-53滾動導(dǎo)軌塊的應(yīng)用實例圖2-54滾動導(dǎo)軌塊結(jié)構(gòu)圖1—防護(hù)板2—端蓋3—滾柱4—導(dǎo)向片5—保持架6—本體五、導(dǎo)軌2．?dāng)?shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌及特點圖2-55所示滾動體為滾珠的一種直線滾動導(dǎo)軌，它由4列滾珠組成，分別配置在導(dǎo)軌的兩個肩部，可以承受任意方向（上、下、左、右）的載荷。與圖2-54所示的滾動導(dǎo)軌支承相比較，后者可承受顛覆力矩和側(cè)向力。

圖2-55滾珠導(dǎo)軌塊結(jié)構(gòu)1—壓緊圈2—支承塊3—密封板4—承載鋼珠列5—反向鋼珠列6—加油嘴7—側(cè)板8—導(dǎo)軌9—保持器五、導(dǎo)軌2．?dāng)?shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌及特點適當(dāng)選擇預(yù)緊力可以提高導(dǎo)軌的剛度，否則會使?fàn)恳︼@著增加。預(yù)緊的方法一般有兩種：1）采用過盈配合。2）采用調(diào)整元件實現(xiàn)預(yù)緊。滾動導(dǎo)軌塊的選用主要考慮其額定動、靜載荷與額定壽命。具體計算及選用參見有關(guān)手冊及產(chǎn)品樣本。圖2-56滾動導(dǎo)軌的預(yù)緊方式1、2—導(dǎo)軌體3—側(cè)面螺釘五、導(dǎo)軌2．?dāng)?shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌及特點（3）液壓導(dǎo)軌機(jī)床上使用的液壓導(dǎo)軌主要是靜壓導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌通常在兩個相對運動的導(dǎo)軌面間通入壓力油，使運動件浮起。靜壓導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)極?。s為0.0005），功率消耗少。不會磨損，因而導(dǎo)軌的精度保持性好，壽命長。目前靜壓導(dǎo)軌一般應(yīng)用在大型、重型機(jī)床上。靜壓導(dǎo)軌按導(dǎo)軌的形式分為開式和閉式兩種，數(shù)控機(jī)床上常采用閉式靜壓導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌按供油方式又可分為恒壓供油和恒量供油兩種。圖2-57開式靜壓導(dǎo)軌工作原理圖1—濾油器2—液壓泵3—溢流閥4—精濾油器5—節(jié)流閥6、7—導(dǎo)軌圖2-58閉式靜壓導(dǎo)軌工作原理圖1—濾油器2—液壓泵3—溢流閥4—精濾油器5—節(jié)油器6、7—導(dǎo)軌五、導(dǎo)軌3．導(dǎo)軌的潤滑與防護(hù)導(dǎo)軌潤滑的目的是減少摩擦阻力和磨損，避免低速爬行，降低高速時的溫升。導(dǎo)軌常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂，前者用于滑動導(dǎo)軌，而滾動導(dǎo)軌則兩者均采用。數(shù)控機(jī)床上滑動導(dǎo)軌的潤滑主要采用壓力潤滑。一般常用壓力循環(huán)潤滑和定時定量潤滑兩種方式。常用的潤滑油有：L-AN10、L-AN12、L-AN32、L-AN42、L-AN68,精密機(jī)床導(dǎo)軌油L-HG68，汽輪機(jī)油L-TSA32、L-TSA46等。為了防止切屑、磨?；蚯邢饕荷⒙湓趯?dǎo)軌面上，引起磨損加快、擦傷和銹蝕，導(dǎo)軌面上應(yīng)有可靠的防護(hù)裝置。常用的防護(hù)裝置有刮板式、卷簾式和疊層式防護(hù)套，它們大多用于長導(dǎo)軌機(jī)床，如龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等。另外，還有手風(fēng)琴式的伸縮式防護(hù)罩等。六、工作臺1．?dāng)?shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺為了提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率，擴(kuò)大其工藝范圍，對于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運動除了沿坐標(biāo)系X、Y、Z三個方向的直線進(jìn)給運動之外，還需要工作臺在圓周方向有進(jìn)給運動和分度運動。這些運動通常用回轉(zhuǎn)工作臺實現(xiàn)。對于自動換刀的多工序數(shù)控機(jī)床來說，回轉(zhuǎn)工作臺已經(jīng)成為一個不可缺少的部件，它給箱體零件的加工帶來了便利。數(shù)控機(jī)床常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱之為數(shù)控機(jī)床的第四軸，回轉(zhuǎn)工作臺可以與X、Y、Z三個坐標(biāo)軸聯(lián)動，從而加工出各種曲面和曲線等復(fù)雜的形狀。回轉(zhuǎn)工作臺對于加工中心是必備的部件。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床，其外形和通用機(jī)床分度工作臺相似，但它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。圖2-59為臥式數(shù)控加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺。這是一種補(bǔ)償型的開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，它的進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。六、工作臺1．?dāng)?shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺圖2-59數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺1—蝸桿2—蝸輪3、4—夾緊瓦5—液壓缸6—活塞7—彈簧8—鋼球9—底座10—光柵11、12、13—軸承六、工作臺2．?dāng)?shù)控機(jī)床分度工作臺圖2-59數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺1—蝸桿2—蝸輪3、4—夾緊瓦5—液壓缸6—活塞7—彈簧8—鋼球9—底座10—光柵11、12、13—軸承分度工作臺只能完成分度運動，不能實現(xiàn)圓周進(jìn)給。分度工作臺的分度只限于某些特定的角度。分度工作臺主要有兩種形式：定位銷式分度工作臺和鼠牙盤式分度工作臺。前者的定位分度主要靠工作臺的定位銷和定位孔實現(xiàn)，分度的角度取決于定位孔在圓周上的分布數(shù)量。鼠牙盤式分度工作臺是利用一對上下嚙合的齒盤，通過上下齒盤的相對旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)工作臺的分度，分度的角度范圍依據(jù)齒盤的齒數(shù)而定。其優(yōu)點是定位剛度好，重復(fù)定位精度高，且結(jié)構(gòu)簡單。目前，鼠牙盤式工作臺已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類加工中心。（1）定位銷式分度工作臺圖2-60是自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床上應(yīng)用的一種定位銷式分度工作臺。

六、工作臺2．?dāng)?shù)控機(jī)床分度工作臺圖2-60定位銷式分度工作臺1—分度工作臺2—錐套3—螺釘4—支座5—消隙液壓缸6—定位孔襯套7—定位銷8—鎖緊液壓缸9—齒輪10—矩形工作臺11—鎖緊缸活塞12—彈簧13—油槽14、19、20—軸承15—螺栓16—活塞17—中央液壓缸18—油管21—上底座22—擋塊座六、工作臺2．?dāng)?shù)控機(jī)床分度工作臺圖2-61帶有托盤交換的鼠牙盤式分度工作臺1—活塞體2、5、16—液壓閥3、4、8、9—油腔6、7—鼠牙盤10—托盤11—液壓缸12—定位銷13—工作臺體14—齒圈15—齒輪（2）鼠牙盤式分度工作臺圖2-61是某臥式加工中心帶有托盤交換機(jī)構(gòu)的分度工作臺，采用鼠牙盤式分度結(jié)構(gòu)。

六、工作臺2．?dāng)?shù)控機(jī)床分度工作臺圖2-61帶有托盤交換的鼠牙盤式分度工作臺1—活塞體2、5、16—液壓閥3、4、8、9—油腔6、7—鼠牙盤10—托盤11—液壓缸12—定位銷13—工作臺體14—齒圈15—齒輪（2）鼠牙盤式分度工作臺圖2-61是某臥式加工中心帶有托盤交換機(jī)構(gòu)的分度工作臺，采用鼠牙盤式分度結(jié)構(gòu)。

任務(wù)三機(jī)床支承件結(jié)構(gòu)分析

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容通過學(xué)習(xí)，理解數(shù)控機(jī)床對支承件的基本要求和應(yīng)對措施，掌握床身、立柱等數(shù)控機(jī)床主要支承件的結(jié)構(gòu)特點。

主要介紹數(shù)控機(jī)床對支承件的基本要求和應(yīng)對措施，數(shù)控機(jī)床主要支承件結(jié)構(gòu)等

一、對數(shù)控機(jī)床支承件的基本要求和應(yīng)對措施1．對支承件的基本要求機(jī)床的支承件主要指床身、立柱、橫梁、底座等大件，它的作用是支承零部件，并保證它們的相互位置及承受各種作用力。支承件不僅支承著主軸箱、床鞍、工作臺、自動換刀裝置等機(jī)床部件，而且支承件一般附有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌主要起導(dǎo)向定位作用，以保證各部件正確的相對位置及運動。此外，其內(nèi)部空間可存儲切削液、潤滑液以及放置液壓裝置和電氣裝置等。支承件的種類很多，它們的形態(tài)、幾何尺寸和材料是多種多樣的，但它們都應(yīng)滿足下列基本要求：（1）剛度要求支承件剛度是指支承件在恒定載荷和交變載荷作用下抵抗變形的能力。前者稱為靜剛度，后者稱為動剛度。（2）抗振性要求支承件的抗振性是指其抵抗受迫振動和自激振動的能力。具有合乎要求的動態(tài)特性。（3）熱變形和內(nèi)應(yīng)力要求（4）其他要求支承件設(shè)計時還應(yīng)便于排屑，吊運安全，合理安置液壓、電氣部件，并具有良好的工藝性。一、對數(shù)控機(jī)床支承件的基本要求和應(yīng)對措施2．支承件的剛度、抗振性和抗熱變形（1）支承件的剛度影響支承件剛度的因素是支承件的受力狀態(tài)、支承件的材料和支承件的結(jié)構(gòu)等因素。采用合理的結(jié)構(gòu)加大接觸剛度，整體結(jié)構(gòu)的剛度大于分體的剛度。采用平衡和預(yù)變形的方法，降低變形量，提高剛度，如加工中心主軸箱的平衡等。

（2）支承件的抗振性支承件抗振性的影響因素是：支承件的靜剛度、固有頻度、阻尼、支撐情況和材料等。采用高阻尼材料，采用高阻尼部件，改善支承件的支承條件，提高抗振性。

（3）支承件的熱變形支承件的熱變形的影響因素是：支承件的結(jié)構(gòu)、運動部位的發(fā)熱和外面熱源（如室溫、切屑和電動機(jī)）等。在機(jī)床結(jié)構(gòu)方面，采用熱對稱結(jié)構(gòu)，在機(jī)床上采取熱平衡措施，在機(jī)床上采取控制溫升的措施，采用熱位移補(bǔ)償，預(yù)測熱變形規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型存入計算機(jī)中進(jìn)行實時補(bǔ)償。

圖2-62肋條形式a）口字形b）縱橫肋條c）三角形d）肋條交叉e）蜂窩型f）米字型g）井字型二、數(shù)控機(jī)床主要支承件結(jié)構(gòu)1．床身床身是機(jī)床的基礎(chǔ)件，要求具有足夠高的靜、動剛度和精度保持性。床身設(shè)計受機(jī)床總體設(shè)計的制約，在滿足總體設(shè)計要求的前提下，應(yīng)盡可能夠做到既要結(jié)構(gòu)合理、肋板布置恰當(dāng)，又要保證良好的冷、熱加工工藝性。（1）移動立柱臥式床身移動立柱臥式床身通常用T型床身。它是由橫置的前床身（亦叫橫床身）和與它垂直的后床身（亦叫縱床身）組成。T形床身，有作成整體的，也有前、后床身分開組裝的。

圖2-63分離式T型床身

二、數(shù)控機(jī)床主要支承件結(jié)構(gòu)1．床身圖2-64為TH6350型臥式加工中心前床身截面圖。采用箱型結(jié)構(gòu)，結(jié)合斜直組合布置肋板以提高床身的抗彎、抗扭能力。

圖2-64TH6350前床身截面圖二、數(shù)控機(jī)床主要支承件結(jié)構(gòu)1．床身（2）固定立柱臥式床身小型臥式機(jī)床多數(shù)采用固定立柱臥式床身，而且床身也不大，故大多采用整體結(jié)構(gòu)，如圖2-65所示當(dāng)工作臺在溜板上移動時，由于床身導(dǎo)軌跨距較窄，致使工作臺在行程兩端時容易出現(xiàn)翹曲，影響加工精度。為了避免工作臺翹曲，有些立式床身增設(shè)了輔助導(dǎo)軌保證了移動部件的剛性，如圖2-66所示。圖2-65固定立柱床身圖2-66帶輔助導(dǎo)軌的床身a）有翹曲現(xiàn)象b）有輔助導(dǎo)軌1—主軸箱2—工件3—工作臺4—溜板5—床身二、數(shù)控機(jī)床主要支承件結(jié)構(gòu)1．床身（3）數(shù)控臥式車床床身為提高床身的剛性，數(shù)控臥式車床床身一般采用斜床身。如圖2-67所示，床身剛度好。其內(nèi)部可以填充泥芯和混凝土等阻尼材料如圖2-68為兩種車床床身的結(jié)構(gòu)及動態(tài)對比圖示。圖2-69為德國DNE480L型數(shù)控車床底座和床身示意圖，底座內(nèi)所填充的混凝土的內(nèi)摩擦阻力較高，再配以封沙的床身，使機(jī)床有較高的抗振性。圖2-67斜床身

圖2-69DNE480L型數(shù)控車床床身1—實心混凝土底座2—內(nèi)封泥芯的鑄鐵床身圖2-68兩種床身的比較圖

二、數(shù)控機(jī)床主要支承件結(jié)構(gòu)2．立柱（1）臥式機(jī)床的立柱目前普遍采用的是雙立柱框架結(jié)構(gòu)形式，如圖2-70所示。小型臥式機(jī)床，立柱直接固定于床身上，而大、中型臥式機(jī)床的移動立柱，則固定于滑座上。主軸箱裝在雙立柱的中間，如圖2-71所示，圖2-72為臥式加工中心立柱的橫向截面形狀。臥式立柱結(jié)構(gòu)的缺點是：制造工藝性差，裝配、調(diào)試不方便。

圖2-70雙立柱結(jié)構(gòu)

圖2-71主軸箱與雙立柱圖2-72雙立柱截面二、數(shù)控機(jī)床主要支承件結(jié)構(gòu)2．立柱（2）立式機(jī)床的立柱因為主軸箱懸掛在立柱一側(cè)，可參見JCS—018加工中心布局。一般采用封閉的箱型結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部肋板常采用米字形的，由于米字形肋板鑄造時較為困難，有些立柱仍采用井字形的肋板。由于平衡主軸箱重量的平衡錘，一般設(shè)在立柱內(nèi)腔里，隨主軸箱的升降而升降。采用這種平衡方式的立式機(jī)床立柱，內(nèi)腔的中空的，參見JCS—018的立柱結(jié)構(gòu)。為加強(qiáng)立柱的剛性也可以采用斜方雙層壁和對角線交叉肋板（如圖2-73所示），都有很高的抗扭剛度和抗彎剛度，而且單位重量的剛度比其它結(jié)構(gòu)的高。

圖2-73具有斜方雙層壁和對角線交叉肋板的立柱a)XK—716型立式加工中心b)STAMAMC118型立式加工中心任務(wù)四自動換刀裝置結(jié)構(gòu)分析

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容理解數(shù)控機(jī)床對自動換刀裝置的基本要求，掌握自動換刀裝置的分類、換刀動作原理以及刀庫、機(jī)械手兩大主要組成件的結(jié)構(gòu)要點。

主要介紹數(shù)控機(jī)床對自動換刀裝置的基本要求，自動換刀裝置的分類，刀庫的各種類型、參數(shù)與選刀方式，各種機(jī)械手的換刀動作原理和結(jié)構(gòu)要點等。

一、對自動換刀裝置的基本要求自動換刀裝置是加工中心區(qū)別于其他數(shù)控機(jī)床的特征結(jié)構(gòu)。自動換刀裝置具有根據(jù)工藝要求自動更換所需刀具的功能，即自動換刀（ATC）機(jī)能。自動換刀裝置應(yīng)滿足換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具存儲量、刀庫占地面積小及安全可靠等基本要求。二、自動換刀裝置的分類1．不帶刀庫的轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置加工中心自動換刀裝置根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)可以分為：轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置、無機(jī)械手式自動換刀裝置和有機(jī)械手自動換刀裝置。其中，轉(zhuǎn)塔式不帶刀庫，而后兩種帶刀庫。轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置不帶刀庫，分回轉(zhuǎn)刀架式和轉(zhuǎn)塔頭式兩種?；剞D(zhuǎn)刀架式用于各種數(shù)控車床和車削中心機(jī)床，轉(zhuǎn)塔頭式多用于數(shù)控鉆、鏜、銑床。（1）回轉(zhuǎn)刀架式換刀在回轉(zhuǎn)刀架各刀座安裝或夾持著各種不同用途的刀具，通過回轉(zhuǎn)刀架的轉(zhuǎn)位實現(xiàn)換刀。單回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床如圖2-74所示。雙回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床如圖2-75所示圖2-74單回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床

圖2-75雙回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床1—主軸2—上刀架3—下刀架二、自動換刀裝置的分類1．不帶刀庫的轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置

3）雙排回轉(zhuǎn)刀架。外圓類、內(nèi)孔類刀具分別布置在刀架的一側(cè)面。雙排回轉(zhuǎn)刀架外形如圖2-76所示。回轉(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)軸與主軸傾斜，每個刀位上可裝兩把刀具，用于加工外圓和內(nèi)孔。回轉(zhuǎn)刀架的工位數(shù)最多可達(dá)20多個，但最常用的是8、10、12和16工位4種。工位數(shù)越多，刀間夾角越小，非加工位置刀具與工件相碰而產(chǎn)生干涉的可能性就越大，因此在刀架布刀時要給予考慮，避免發(fā)生干涉現(xiàn)象。圖2-76雙排回轉(zhuǎn)刀架外形圖1—刀類安裝孔2—轉(zhuǎn)塔頭3—驅(qū)動電動機(jī)4—底座5—外圓刀具6—內(nèi)孔刀具二、自動換刀裝置的分類1．不帶刀庫的轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置

CK3263系列數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)如圖2-77所示，回轉(zhuǎn)刀架的升起、轉(zhuǎn)位、夾緊等動作都是由液壓驅(qū)動的。圖2-77CK3263系列數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)簡圖1—液壓缸2—刀架中心軸3—刀盤4、5—端齒盤6—轉(zhuǎn)位凸輪7—回轉(zhuǎn)盤8—分度柱銷ST1—記數(shù)行程開關(guān)ST2—嚙合狀態(tài)行程開關(guān)

二、自動換刀裝置的分類1．不帶刀庫的轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置刀盤轉(zhuǎn)位驅(qū)動采用圓柱凸輪步進(jìn)傳動機(jī)構(gòu)，其工作原理如圖2-78所示。圓柱凸輪是在圓周面上加工出一條兩端有頭的凸輪輪廓。

圖2-78圓柱凸輪步進(jìn)傳動機(jī)構(gòu)工作原理1—凸輪2—分度柱銷3—回轉(zhuǎn)盤二、自動換刀裝置的分類1．不帶刀庫的轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置（2）轉(zhuǎn)塔頭式自動換刀裝置轉(zhuǎn)塔頭式自動換刀裝置是數(shù)控機(jī)床中比較簡單的換刀裝置。轉(zhuǎn)塔刀架上裝有主軸頭，轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動時更換主軸頭以實現(xiàn)自動換刀。在轉(zhuǎn)塔各個主軸頭上，預(yù)先安裝有各工序所需要的旋轉(zhuǎn)刀具。

這種自動換刀裝置存儲刀具的數(shù)量較少，適用于加工較簡單的工件。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好、換刀時間短。但由于空間位置的限制，主軸部件的結(jié)構(gòu)剛性較低。并安裝于機(jī)床上，對機(jī)床的結(jié)構(gòu)影響較大。它是適用于工序較少，精度要求不太高的數(shù)控鉆鏜床等。

圖2-79數(shù)控鉆鏜銑床二、自動換刀裝置的分類2．帶有刀庫的自動換刀裝置（1）無機(jī)械手的換刀裝置一般是采用把刀庫放在主軸箱可以運動到的位置，或整個刀庫或某一刀位能移動到主軸箱可以到達(dá)的位置。同時刀庫中刀具的存放方向一般與主軸箱裝刀方向一致。換刀時，由主軸和刀庫的相對運動進(jìn)行換刀動作，利用主軸取走或放回刀具。圖2-80為幾種加工中心的自動換刀裝置。

圖2-80幾種無機(jī)械手加工中心

二、自動換刀裝置的分類2．帶有刀庫的自動換刀裝置圖2-81XH6150型臥式加工中心無機(jī)械手換刀裝置的換刀過程。二、自動換刀裝置的分類2．帶有刀庫的自動換刀裝置（2）有機(jī)械手的換刀裝置一般由機(jī)械手和刀庫組成。其刀庫的配置、位置及數(shù)量的選用要比無機(jī)械手的換刀系統(tǒng)靈活得多。它可以根據(jù)不同的要求配置不同形式的機(jī)械手?？梢允菃伪鄣?、雙臂的，甚至配置一個主機(jī)械手和一個輔助機(jī)械手的形式。它能夠配備多至數(shù)百把刀具的刀庫。換刀時間可縮短到幾秒甚至零點幾秒。因此目前大多數(shù)加工中心采用配有機(jī)械手的換刀裝置。由于刀庫位置和機(jī)械手的換刀動作不同，其自動換刀裝置結(jié)構(gòu)形式多樣。這里以某型立式加工中心換刀過程為例說明機(jī)械手換刀的工作原理。換刀的分解動作如圖2-82所示。

二、自動換刀裝置的分類2．帶有刀庫的自動換刀裝置圖2-82某型立式加工中心機(jī)械手換刀過程分解動作三、刀庫刀庫是用來存儲加工刀具及輔助工具的地方。由于多數(shù)加工中心的取送刀位置都是在刀庫中的某一固定刀位，因此刀庫還需要有使刀具運動及定位的機(jī)構(gòu)來保證換刀的可靠。其動力可采用電動機(jī)或液壓系統(tǒng)。刀具的定位機(jī)構(gòu)是用來保證要更換的每一把刀具和刀套都能準(zhǔn)確地停在換刀位置上。刀庫的種類很多，圖2-83所示僅是其中典型的幾種。（1）按刀庫的結(jié)構(gòu)形式分類刀庫可分為：圓盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁?，箱格式刀庫。圓盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多，一般用于刀具容量較小的刀庫。鏈?zhǔn)降稁旖Y(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量較大，一般刀具數(shù)量在30～120把時，都采用鏈?zhǔn)降稁?。箱格式刀庫結(jié)構(gòu)簡單，有線型和箱型兩種。線型的刀庫一般用于無機(jī)械手換刀裝置；箱型刀庫一般容量比較大，往往用于加工單元式加工中心。1．刀庫類型圖2-83刀庫形式a)轉(zhuǎn)塔式b）側(cè)置圓盤式c）頂置圓盤式d）斜置圓盤式e）鏈?zhǔn)絝）格子式三、刀庫（2）按設(shè)置部位不同分類可以分為：頂置式，側(cè)置式，懸掛式和落地式等多種類型。（3）按交換刀具還是主軸箱分類可以分為：普通刀庫（簡稱刀庫）和主軸箱庫（如圖2-84所示）兩種。

1．刀庫類型圖2-83刀庫形式a)轉(zhuǎn)塔式b）側(cè)置圓盤式c）頂置圓盤式d）斜置圓盤式e）鏈?zhǔn)絝）格子式三、刀庫刀庫的容量首先要考慮加工工藝的需要。例如，立式加工中心的主要工藝為鉆、銑。統(tǒng)計了15000種工件，按成組技術(shù)分析，各種加工所必須的刀具數(shù)的結(jié)果是：4把銑刀可完成工件95％左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70％的鉆削工藝，因此，14把刀的容量就可完成70％以上的工件鉆銑工藝。如果從完成工件的全部加工所需的刀具數(shù)目統(tǒng)計，所得結(jié)果是80％的工件（中等尺寸，一般復(fù)雜程度）被完成全部加工任務(wù)所需的刀具數(shù)在四十種以下。所以一般的中、小型立式加工中心配有14～30把刀具的刀庫就能夠滿足70%～95%的工件加工需要。2．刀庫的容量三、刀庫鏈?zhǔn)降稁焓悄壳笆褂玫淖疃嗟囊环N形式。由一個主動鏈輪，帶動裝有刀套的鏈條移動構(gòu)成的刀庫。我國加工中心都選用伺服電動機(jī)驅(qū)動方式驅(qū)動刀庫，為使伺服電動機(jī)在最佳狀態(tài)下工作，一般不采用伺服電動機(jī)低速段，而采用蝸輪蝸桿減速裝置。有時為了結(jié)構(gòu)上的原因還加上一對齒輪傳動。圖2-85是方形鏈?zhǔn)降稁斓牡湫徒Y(jié)構(gòu)示意圖。主動鏈輪由伺服電動機(jī)通過蝸輪減速裝置驅(qū)動（根據(jù)需要，還可經(jīng)過齒輪副傳動）。這種傳動方式，不僅在鏈?zhǔn)降稁熘胁捎?，在其它形式的刀庫傳動中，也多采用?．鏈?zhǔn)降稁靾D2-85鏈?zhǔn)降稁焓疽鈭D三、刀庫為了確保刀套準(zhǔn)確地停在換刀位置上，需要采取如下措施：1）定位盤準(zhǔn)停方式，由液壓缸推動的定位銷，插入定位盤的定位槽內(nèi)，以實現(xiàn)刀套的準(zhǔn)停。或采用定位塊進(jìn)行刀套定位。見圖2-86。2）鏈?zhǔn)降稁煲x用節(jié)距精度較高的套筒滾子鏈和鏈輪，而且在把套筒裝在鏈條上時，要用專用夾具來定位，以保證刀套節(jié)距一致。3）傳動時要消除反向傳動間隙。消除反向間隙方法有以下幾種：電氣系統(tǒng)自動補(bǔ)償方式；在鏈輪軸上安裝編碼器；單頭雙導(dǎo)程蝸桿傳動方式；使刀套單方向運行、單方向定位方式以及使刀套雙向運行、單向定位方式等。3．鏈?zhǔn)降稁靾D2-86刀套的準(zhǔn)停1—定位插銷2—定位盤3—鏈輪4—手爪三、刀庫現(xiàn)代加工中心刀庫，已不用刀套編號或者刀具編碼方式，而是由數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)最初輸入的刀套號與刀具號，跟蹤記憶刀套與刀具的對應(yīng)號，并按程序指令準(zhǔn)確地調(diào)用所需刀具。目前使用的刀庫的選刀方式，有如下兩種。（1）刀套號與刀具號隨機(jī)變換方式這是目前用的最普遍的方式。在第一次給刀庫裝刀時，告訴控制系統(tǒng)刀座號和在該刀套上的刀具號的對應(yīng)關(guān)系，那么控制系統(tǒng)就記住這個對應(yīng)關(guān)系，而以后該刀具在使用中，不一定送還到原來的刀套上，但是控制系統(tǒng)仍能記住該刀具號所在的新刀套號。這種方式有利于縮短換刀、選刀時間。由于這種方式經(jīng)常改變刀具號與刀套的對應(yīng)關(guān)系，所以在重新啟動機(jī)床時，必須使刀庫回零，校驗一下顯示器上顯示的內(nèi)容與實際刀具插存情況。（2）刀套號與刀具號固定對應(yīng)方式在這種選刀方式中，插在刀套上的刀具，使用后仍送還到原來的刀套上，亦即刀具號與刀套號的對應(yīng)關(guān)系始終不變。這種方式的好處在于，易于掌握刀具情況，一看刀套后就能知道是什么樣的刀具。另一好處是可以安放大直徑刀具，只要有意選擇相鄰刀套上無刀即可。正是這種方便性，根據(jù)有些用戶的要求，至今仍有采用這種選刀方式的。但是，這種方式因為用完的刀具必須送還給原來的刀套上，才能移動下一個要用的刀具到換刀位置，因此增加了換刀時間。刀庫選刀方式一般采用“近路”移動原則。就是說，無論上述那種選刀方式，根據(jù)程序指令，把下工序要用的刀具移到換刀位置時，都向小于刀庫半圈的方向移動，以節(jié)省選刀時間。4．刀庫的選刀方式四、機(jī)械手（1）單臂雙爪式機(jī)械手單臂雙爪式機(jī)械手也叫扁擔(dān)式機(jī)械手，它是目前加工中心上用的較多的一種。這種機(jī)械手的拔刀、插刀動作，大都由液壓缸來完成。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，可以采取液壓缸動，活塞固定；或活塞動，液壓缸固定的結(jié)構(gòu)形式。而手臂的回轉(zhuǎn)動作，則通過活塞的運動帶動齒條齒輪傳動來實現(xiàn)。機(jī)械手臂的不同回轉(zhuǎn)角度，是由活塞的可調(diào)行程來保證。這種機(jī)械手采用了液壓裝置，既要保持不漏油，又要保證機(jī)械手動作靈活。近年來國內(nèi)外先后研制出凸輪聯(lián)動式單臂雙爪機(jī)械手。其工作原理如圖2-88所示。2．常用換刀機(jī)械手圖2-88凸輪式換刀機(jī)械手1—刀套2—十字軸3—電動機(jī)4—圓柱槽凸輪（手臂上下）5—杠桿6—錐齒輪7—凸輪滾子（平臂旋轉(zhuǎn)）8—主軸箱9—換刀手臂四、機(jī)械手（2）雙臂單爪交叉型機(jī)械手由北京機(jī)床所開發(fā)和生產(chǎn)的JCS013臥式加工中心，所用換刀機(jī)械手就是雙臂單爪交叉型機(jī)械手，如圖2-89所示。這種機(jī)械手的自動換刀過程如圖2-90所示。

2．常用換刀機(jī)械手圖2-90雙臂單爪交叉機(jī)械手換刀過程

圖2-89雙臂單爪交叉型機(jī)械手四、機(jī)械手（3）單臂雙爪且手臂回轉(zhuǎn)軸與主軸成45°的機(jī)械手機(jī)械手結(jié)構(gòu)如圖2-91所示。機(jī)械手的換刀過程為：①抓刀，②拔刀，③換位（旋轉(zhuǎn)180°），④插刀，⑤松刀，⑥返回原位（旋轉(zhuǎn)90°）。

2．常用換刀機(jī)械手圖2-91斜45°機(jī)械手1—刀庫2—刀庫軸線3—齒條4—齒輪5—抓刀活塞6—機(jī)械手拖架7—主軸8—抓刀定塊9—抓刀動塊四、機(jī)械手（1）單臂雙爪式機(jī)械手的手爪較普遍采用的機(jī)械鎖刀方式手爪--彈簧銷式手爪。見加工中心部分。鉗形手的杠桿手爪，如圖2-92所示。圖中的鎖銷2在彈簧（圖中未畫出此彈簧）作用下其大直徑外圓頂著止退銷3，杠桿手爪6就不能擺動張開，手中的刀具就不會被甩出。當(dāng)抓刀和換刀時，鎖銷2被裝在刀庫和主軸端部的撞塊壓回，止退銷3和杠桿手爪6就能夠擺動，放開，刀具9能裝入和取出。這種手爪均為直線運動抓刀。3．手爪形式圖2-92鉗形機(jī)械手手爪1—手臂2—鎖銷3—止退銷4—彈簧5—支點軸6—手爪7—鍵8—螺釘四、機(jī)械手（2）刀庫夾爪刀庫夾爪既起著刀套的作用，又起著手爪的作用，圖2-93為刀庫夾爪圖。3．手爪形式圖2-93刀庫